大棚管理信息系统在果桑生产中的应用

许安清

（盐城市亭湖区林业和蚕桑技术指导站 江苏盐城 224000）

桑树是桑科桑属落叶小乔木或灌木，原产于中国，现在朝鲜、日本、蒙古、俄罗斯、印度、越南等地均有栽培。果桑是以产果为主，果叶兼用的桑树的统称，其果实称为桑果，又名桑椹。进入21世纪以来，桑果作为一种新型水果品种受到广大消费者的青睐，已成为蚕桑产业发展的新亮点。由于果桑生产目的和生长特性不同于传统蚕桑生产用品种，其种植技术难以满足桑果产业化发展的需求。从2010年起，在农业大棚信息化管理技术与桑树栽培技术相结合的基础上，亭湖区及周边各蚕桑实验区开展大棚栽培果桑管理技术的各种实验，并研制出果桑大棚管理信息系统。通过采集棚内实时的土壤参数、局部温湿度、二氧化碳浓度、光照强度和有害气体等相关环境数据，同时与适宜果桑的生长标准参数相对比，自动调节相关设备的开关，实现果桑种植的智能化管理，全程优化控制种植环境因素，避免了在露天条件下环境因子对果桑生长发育的不利影响，例如大风、暴雨、高温、霜冻、空气污染等。采用农业信息技术，运用大棚设施栽培方式，通过各种设备对环境参数进行调控，让桑树能够在适宜的生长条件下生长，不仅可以确保生长安全，还能够省力省工，有效地提高桑果的质量以及产量[1]。利用信息智能化系统实现对果桑栽培中各项环境因素的智能管控，适时监控和调节这些环境因素指标，保障果桑安全健康生长，提高了果桑生产管理水平和生产效益。

1 适应系统的栽培技术

1.1 品种筛选

此管理系统利用信息的识别、查询与筛选功能，通过比对和鉴定等方式，可轻松筛选优质的果桑品种，同时，借助果桑品种相关信息，可实现果桑品种改良，有效提升桑果的质量，改善果桑的耐抗能力，对果桑生长的环境进行合理调整。

1.2 栽植管理

要提高果桑的产量以及增加经济效益就必须强化果桑种植管理的质量。在建园过程中，先挖种植沟，要求精确到每一株，设计出合适的栽植位置，为果桑的向阳生长构建适宜生长的环境，提升每一棵桑树的结果量。要提升单位面积桑果的产量，这就要求控制好桑树叶面积指数，协调叶果的生长，提高果实的质量，及时疏花定果，提高桑果品质。为降低成本，尽快产生效益，增加土地收益，也可在桑园套种间作适宜农作物的方法来提高前期效益。

1.3 参数管理

要解除果桑休眠模式，就必须提供适宜的生长环境，特别是大棚内温湿度，通过反保温技术，调节温度达到果桑生长的最低温度。在花期气温升高的季节，为促使桑树提早开花，提高坐果率和桑果品质，控制昼夜温差，夜间最低温度保持8 ℃（±0.5 ℃），白天最高温度应在24 ℃（±0.5 ℃）；果实发育后期，温度保持在25 ℃，最高不超过30 ℃。在大棚湿度方面（上下浮动不超过1%），大棚升温后为85 %，果实着色时为80 %，坐果期要特别注意防止湿度过大，要及时通风排湿加温。

1.4 土壤改良

提升果桑土壤养分可以利用土壤导热性小于水的原理，通过进行高温闷棚来改良土壤，特别是在土壤已出现板结盐化的情况下。土壤改良不仅要为其施肥，还要采取病虫害防治措施。通过采用堆肥秸秆生物技术为其施肥，进行土壤改良，这样既可保证土壤有充足的二氧化碳，又为果桑生长提供所需的有机养料、无机养料、热量，保证充足的微生物孢子，为果桑生长提供富足的养分。

1.5 气体调节

利用分解有机肥方式、人工施用二氧化碳以及作物呼吸作用获得二氧化碳，为棚内优化气体质量提供有利条件。大棚内二氧化碳的浓度，晴天应控制在1 000～1 500 ppm，阴天则应控制在500～1 000 ppm。应在果桑大棚的顶部开口提供通风渠道，棚外的二氧化碳含量应为棚内的1/8～1/4。此外，要加强棚内有害气体监测，防止棚内一氧化碳和二氧化硫等有害气体超标，设置预警模式及相关防控措施。

2 管理信息系统的运行原理

大棚管理的系统主体是感知识别、网络传输和智能处理三个体系。在此系统中，设置系统的主体目标为桑树的管理与生产各个环境因子，并通过建立双向灵活精准的信息传输网络，自动化监测与控制果桑生产资源及条件，实现系统监控调节的实时性和灵活性。农作物生产管理智能化形成与发展加快了农业现代化的发展，农业信息化技术的利用可实现大棚环境参数自动感知、精准传输和智能处理。果桑栽培大棚管理系统是以农业管理信息化技术平台作为基础，利用GPRS 网络的智能大棚对环境因子进行远程监控，并将无线GPRS 传输通信协议、BTU 传感检测监控技术以及远程控制设备等进行结合，不断优化系统，实现对信息处理的集约化，做到对信息的精准识别和数据的实时快速传输。系统拥有人机交互界面、传感器识别等功能，增加了调控与管理果桑生长环境相关因素扩展性功能。

2.1 数据采集识别

它是管理系统的基础模块和核心，主要由系统内部的摄像头、全球定位系统、无线传感器等实现感知功能，发挥核心作用。通过以上设备与技术，能精准定位，识别大棚内各环境因子是否适宜桑树生长，在此基础上，系统内的感知设备采集大棚内各环境因子，通过对比相应的参数，为桑树栽培的科学智能决策和设备自动控制提供依据。数据采集识别层通过各感应器来采集大棚内温湿度、土壤数据、二氧化碳浓度、光照强度、空气质量等各项数据，提供实时监控，并发送到计算机控制中心。

2.2 数据网络传输

此系统的数据网络传输是实现物联网与互联网的数据传输、感知层与应用层信息传送的纽带，实现信息的双向传输，底层互联网数据更加精准，能实现有效监控。网络传输主要利用大棚内网和外网安全可靠并互联互通的特点，通过这两种网络实现应用层和过程用户交互，及时获取数据和下达决策命令。大棚内网采用有线传输，此方式具备容量大、稳定性高、抗干扰能力强、成本低等特点。外网采用互联网与GSM 通信相结合方式，通过远程网络终端可以及时获取大棚相关数据信息，具备传输地域不受限、传达及时等特性。

2.3 智能处理

系统智能处理主要是控制利用中心进行数据分析，通过应用数据获取、数据传输、智能控件和人机交互四个模块，智能分析和综合处理来自数据采集层获取的各类数据，自动提供决策信息。数据获取模块通过各感应器获得大棚环境数据和设备状态数据，完成数据采集任务；数据传输模块利用内外网将采集的数据传输到智能处理层；智能控件模块则以科学方法消除数据的误差影响，完成数据存储智能化处理，采用模块控制结构策略对大棚内外数据因子及系统参数进行智能处理，获得精确的数据反馈。远程终端单元（RTU）则收集所需的环境参数，利用无线GPRS 网络实时传送数据信息，并将结果反馈给用户终端。人机交互界面则包括数据界面、监控界面、控制界面、参数界面、管理界面等。

3 系统基本技术功能

3.1 基本功能

大棚管理信息系统作为果桑生产智能化管理设施，主要功能如下：（1）采集、监测与识别数据，对大棚内桑树周围各个时段的各种信息指标进行采集，为各因子的查询检索以及因子调整提供科学的数据支撑。（2）由终端的监控接口对大棚内的生长要素实时监控，并设定果桑生长所需人工调节指标。对远程监控路线以及管理员权限进行设定，只有处于权限范围内的管理员才可以查看和管理大棚内的各种环境信息。系统为不同用户提供不同的权限，让事权更明确，管理更高效[2]。

3.2 关键技术

利用数据采集设备识别技术，通过RS-485 或ZigBee 形式快速、适时采集大棚内果桑生产环境要素数据，采集的数据主要包括棚内温湿度、水分、空气质量等生长因子，采集的数据经过ZigBee 发送模块传递。ZigBee 无线传输方式的优点是部署灵活、扩展方便。而有线传输主要将数据传送到RS-485 节点上，有线传输采用电缆方式，具有速率高和稳定的特点。智能控件和人机交互主要是提供经过处理后数据的数据库，根据用户需要提供有关信息，而系统无法找到用户所需数据信息便会发送短信告知用户。监控系统则采用高分辨率的摄像设备，通过通信网络将实时影像数据远程传输到终端供用户观看，用户可轻松实现对大棚内外的远程监控。

4 系统的不足与对策

当前，农业信息化发展正处于探索阶段，各设备生产厂家各自为政，设备标准不一，设备性能参差不齐，导致无法精准处理农作物生长数据信息。同时，各地的通信环境不稳定，这也对信息化系统稳定运行产生了一定的影响，造成农业信息化系统的成本高而适用性低。要推广此系统，就必须解决以上问题，这就要求我们首先统一设备标准，强化系统的普适性，提高系统的使用范围，从而降低系统的研发制造成本，需要为系统开发统一标准，简化参数设置与转换，利于系统升级，方便多个用户使用。